仿生自清洁金属纤维过滤材料
金属的纤维烧结毡材料特点及地的应用
金属纤维烧结毡材料特点及应用一、金属纤维烧结毡的生产工艺及特点金属纤维烧结毡是将多金属线合成束后，同时拉伸至可用的纤维直径，然后采用同重量和标准的直径将其集束成丝，切断，利用合适的方法制成蓬松毡，然后把几种不同直径的蓬松毡依次排列在一起，形成一定厚度的堆积纤维，使纤维之间相互交叉成空隙，之后烧结碾压成成品烧结毡。
金属纤维烧结毡有着非常细的不锈钢纤维结构，以三维迷宫式铺紧压实，具有许多交叉点，有着很高的阻挡能力，这种材料最少有两层不同直径的纤维结构组成，因此可以获得两级以上的过滤能力。
金属纤维毡由于烧结过程中采用的金属纤维哟组合很高的长度和直径，可以使纤维的无数个接触点相互焊接在一起，所以这种材料不存在介质转移，强度好，透气性好，流通阻力小。
金属纤维毡使用的是特殊金属纤维（不锈钢、铁铬铝等），因此在高温条件下也有着很高的机械强度和韧性。
金属纤维烧结毡对不易过滤的聚酯凝结物和易变形的胶质物都有着极好的过滤效果，在化工、化纤等领域有着广泛的应用。
金属纤维烧结毡和其他过滤材料相比，在即使很高的温度下也可以阻挡胶质物，原因是细金属丝有很多的接触点，从而有着很强的阻挡能力，这种滤材有着至少两层金属毡构成，可以形成立体梯度过滤，所以这种材料有着很高的纳污能力，它和金属编织网相比有着3～4倍的纳污量和2～3倍的透气度，透气度是粉末烧结滤芯的21～600倍，过滤效率则是金属编织网的3～15倍。
金属丝烧结毡根据其结构形状可以有不同的特点，其中折叠圆柱型过滤面积大，渗透力强，安装方便；细长管形清洗方便，流通阻力小，缺点是纳污量小，同心圆形可做成无骨架滤芯，节约成本，但是装卸和清洗不便。
二、金属纤维烧结毡的过滤过程金属纤维烧结毡过滤器过滤材料对流体过滤过程分两个阶段：第一阶段（即稳定阶段）：金属纤维烧结毡过滤器过滤材料原始是清洁的，其材料结构形状固定不变。
过滤的初始阶段，当含尘流体通过过滤材料孔隙通道时，在各种过滤机理的共同作用下，夹杂着污染颗粒的流体会很快弥散，填满过滤材料的各个通道，积储于其内孔表面或过滤材料表面。
无纺布过滤材料
无纺布过滤材料无纺布过滤材料是一种新型的过滤材料，具有良好的过滤性能和广泛的应用前景。
无纺布过滤材料是利用化学纤维或者其他纤维材料，通过纺粘、熔融喷丝、热风或湿法等工艺制成的一种非织造材料。
它具有均匀的纤维分布、织造紧密、透气性好、过滤效果好等特点，被广泛应用于空气净化、液体过滤、医疗卫生、工业制造等领域。
首先，无纺布过滤材料在空气净化领域有着重要的应用。
随着工业化进程的加快，空气污染问题日益凸显，因此对空气净化的需求也日益增加。
无纺布过滤材料具有良好的过滤性能和透气性，可以有效地过滤空气中的颗粒物、细菌、病毒等有害物质，保障人们的健康。
因此，在空气净化设备中，无纺布过滤材料被广泛应用，如空气净化器、空调过滤器等。
其次，无纺布过滤材料在液体过滤领域也有着重要的作用。
在工业生产中，液体过滤是一个非常重要的环节，液体中的杂质、颗粒物等会影响产品的质量和生产效率。
无纺布过滤材料具有织造紧密、过滤效果好的特点，可以有效地过滤液体中的杂质和颗粒物，保障产品的质量。
因此，在食品加工、医药制造、化工生产等领域，无纺布过滤材料被广泛应用于液体过滤设备中。
此外，无纺布过滤材料还在医疗卫生领域发挥着重要的作用。
在医疗卫生用品中，无纺布过滤材料被用于制造口罩、手术衣、护理垫等产品，具有良好的过滤性能和透气性，可以有效地阻隔细菌、病毒等有害物质，保障医护人员和患者的健康安全。
总的来说，无纺布过滤材料具有良好的过滤性能和广泛的应用前景，在空气净化、液体过滤、医疗卫生等领域发挥着重要的作用。
随着科技的不断发展和人们对健康环保意识的提高，无纺布过滤材料的应用领域将会进一步扩大，市场需求也将会不断增加。
因此，无纺布过滤材料具有很大的发展潜力，是一种非常具有发展前景的新型材料。
仿生智能材料
第一章绪论1、基本概念仿生学概念：人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。
人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。
对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。
生物材料：通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是指生物医用材料(Biomedical materials),其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。
仿生材料（Bio-inspired）：受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。
材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。
智能材料：具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。
2、智能材料的特征具体地说，智能材料具备下列智能特性：(1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等；2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应；(3)具有对环境变化作出响应及执行的功能；(4)反应灵敏、恰当；(5)外部刺激条件消除后能迅速回复智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。
3、智能材料的构成智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。
基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀；其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。
敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化（温度、湿度、压力、pH值等）。
常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。
在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。
使用纳米技术改善空气净化器滤芯效果的有效途径
使用纳米技术改善空气净化器滤芯效果的有效途径随着空气污染日益严重，空气净化器已经成为越来越多家庭和办公场所必备的设备。
空气净化器的滤芯是其最重要的组成部分之一，负责去除空气中的污染物质。
然而，传统的滤芯在某些情况下可能无法满足对空气质量的要求。
为了改善空气净化器的滤芯效果，纳米技术被引入其中，提供了一些有效的途径。
1. 纳米纤维滤料：采用纳米纤维滤料材料可以增强空气净化器的过滤效果。
这种材料具有比传统滤芯更大的表面积和更小的孔隙尺寸，可以更有效地捕捉空气中的微小颗粒物，如细菌、病毒、花粉等。
纳米纤维滤料的使用可以大大提高空气净化器的过滤效率和净化能力。
2. 活性炭纳米复合材料：将纳米技术与活性炭相结合可以进一步提高空气净化器的滤芯效果。
活性炭是一种常用的吸附材料，具有较强的吸附能力，可以有效去除空气中的有害气体和异味。
通过将纳米颗粒与活性炭复合，可以增加活性炭的表面积，提高其吸附效率和容量。
这样的复合材料不仅可以有效去除有害气体，还可以去除甲醛、苯等有害化学物质，提供更健康的室内空气。
3. 纳米表面涂层：在滤芯表面应用纳米材料的涂层可以提高其过滤效果。
例如，使用纳米银涂层可以抑制细菌和病毒的生长，从而减少室内传染疾病的风险。
纳米银具有优异的抗菌性能，可以通过杀灭微生物细胞壁来阻止它们的生长。
类似的，其他纳米涂层，如纳米二氧化钛，也可以用于滤芯表面，提供额外的防霉抗菌能力。
4. 纳米压电功能材料：纳米压电功能材料的应用可以增强空气净化器的自清洁能力。
这些材料可利用压电效应，在施加外力时产生电荷，从而清洁滤芯表面的灰尘和污染物。
通过将纳米压电功能材料应用于滤芯中，可以使其具备自动清洁功能，减少滤芯的堵塞和更换频率，延长滤芯的使用寿命。
5. 纳米催化剂：纳米催化剂是另一种有效的纳米技术应用，可以提高空气净化器的处理效能。
纳米催化剂可以促进化学反应的速率，使有害气体在短时间内发生催化降解，有效去除空气中多种污染物。
纳米纤维材料在过滤技术中的应用
纳米纤维材料在过滤技术中的应用纳米纤维材料是一种由纳米级纤维组成的材料，在过滤技术中具有广泛的应用。
它们的特殊结构和优异性能使得纳米纤维材料成为高效过滤的理想选择。
本文将探讨纳米纤维材料在空气过滤和水处理领域中的应用，并介绍其优势和未来发展方向。
一、纳米纤维材料在空气过滤中的应用纳米纤维材料在空气过滤中具有卓越的效果。
由于其纳米级纤维的高比表面积和细小的孔隙，纳米纤维材料可以高效地捕捉和去除空气中的细小颗粒物。
例如，在工业生产过程中产生的有害气体和粉尘可以通过纳米纤维过滤器有效地过滤掉，保护工作环境和工作人员的健康。
此外，纳米纤维材料还可以用于空气净化领域。
它们具有优异的吸附性能，可以吸附和去除空气中的有害气体和异味。
利用纳米纤维材料制成的空气净化器可以有效净化室内空气，改善人们的生活质量。
二、纳米纤维材料在水处理中的应用纳米纤维材料在水处理中也具有广泛的应用。
由于其纳米级纤维的高孔隙率和高比表面积，纳米纤维膜可以实现高效的分离和过滤，用于去除水中的悬浮物、沉积物和微生物等。
纳米纤维膜的应用可以解决传统水处理技术中存在的问题。
例如，传统的混凝沉淀方法在去除水中微小颗粒时效果有限，而纳米纤维膜可以有效地去除微小颗粒，提高水的净化效果。
此外，纳米纤维材料还具有良好的抗污染性能，可以降低膜的堵塞和污染，延长其使用寿命。
三、纳米纤维材料的优势和未来发展方向纳米纤维材料在过滤技术中的应用具有以下优势：首先，纳米纤维材料具有高比表面积和丰富的微观孔隙结构，这使得其具有出色的分离能力和过滤效率。
其次，纳米纤维材料制备工艺相对简单，可以通过电纺、溶胶凝胶等方法制备，具备可扩展性和可控性。
此外，纳米纤维材料还具有高强度、高柔软性和良好的机械性能，适用于不同的过滤环境和应用场景。
然而，纳米纤维材料在过滤技术中仍然存在一些挑战。
例如，纳米纤维的制备技术需要进一步改进，以提高材料的纯度和一致性。
此外，纳米纤维材料的成本也需要进一步降低，以促进其在工业生产中的广泛应用。
高效可持续仿生太阳能净水器
高效可持续仿生太阳能净水器
作者：
来源：《学苑创造·C版》2020年第09期
时至今日，世界上仍有五分之一的人生活在缺水地区。
对于这些地区（尤其是缺少稳定电力的地区）的人们来说，获得干净的饮用水是一件困难的事。
因此，迫切需要一种高效、低成本、可持续和简单易得的技术和设备来产生清洁的饮用水。
近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队开发了一种基于细菌纤维素纳米复合材料的高效且可持续的仿生多层级太阳能蒸汽发生器（HSSG）。
由于这種仿生结构设计和纳米网络降低了蒸发焓（在水的沸点温度下液态水变成气态蒸汽所需的热量总量），故可实现高蒸发速率和80%的太阳能转化效率，与其他太阳能净水技术相比，在可持续性和成本方面具有很大的优势。
这种太阳能蒸汽发生器有望发展成为未来水净化的新技术途径。
单一合成纤维制备的空气过滤材料
一、空气污染问题与空气过滤材料的重要性如今，随着城市化进程的加快和工业化程度的提高，空气污染成为了一个日益严重的问题。
据统计数据显示，全球每年有数百万人因空气污染导致疾病甚至逝去。
在这一背景下，空气过滤材料的研制和制备显得尤为重要。
二、合成纤维制备的空气过滤材料的特点及优势1. 合成纤维具有高表面积、孔隙结构均匀的特点，能够有效地捕捉空气中的微粒和有害气体。
2. 合成纤维制备的空气过滤材料具有较高的过滤效率和持久的使用寿命，能够长时间保持过滤效果。
3. 制备过程简单，成本低廉，合成纤维制备的空气过滤材料在大规模生产时具有明显的优势。
三、单一合成纤维制备的空气过滤材料的制备工艺1. 材料选择：选择优质的合成纤维作为原料，需根据所需的过滤效率和使用环境来选择合适的纤维类型和尺寸。
2. 纤维成型：采用纺丝、喷丝、熔喷等技术，将合成纤维成型为滤材。
3. 成型加工：通过热压、热风等方法，对成型的滤材进行后续加工，以提高其结构强度和过滤效率。
4. 表面处理：通过静电吸附、化学处理等方式，改善滤材表面的亲水性、亲油性等性质，提高其对气体和微粒的捕捉效率。
四、单一合成纤维制备的空气过滤材料的性能测试与评价1. 过滤效率测试：通过模拟真实使用环境，测试滤材对不同直径、不同浓度的微粒、气体的过滤效率。
2. 使用寿命评估：对滤材进行加速老化实验，测试其在长期使用情况下是否会出现性能衰减。
3. 结构稳定性测试：测试滤材在高温、高湿、高压等条件下的结构稳定性，以验证其在不同环境下的可靠性。
五、单一合成纤维制备的空气过滤材料在实际应用中的展望与挑战1. 应用展望：合成纤维制备的空气过滤材料在汽车、空调、空气净化器等领域有着广泛的应用前景，可以为人们提供更加清洁的空气环境。
2. 技术挑战：在实际应用中，滤材需要面对各种复杂的气候、环境和污染物，其稳定性、耐久性、适用性等方面仍然存在一定的挑战，需要不断进行技术改进和优化。
六、总结合成纤维制备的空气过滤材料因其具有高效、持久、成本低廉等优势，成为了当前空气净化领域的研究热点。
各种滤芯规格及用途
FJM-I型不锈钢纤维烧结滤芯精细过滤器所属分类：过滤设备点击次数：481发布日期：2015/08/20更多0在线询价详细介绍产品概述P FJM-I型不锈钢纤维烧结滤芯精细过滤器采用JM-I型不锈钢纤维烧结滤芯作为过滤元件，其滤件采用进口不锈钢纤维烧结毡经折叠制成的管状滤芯，具有处理量大，过滤精度高，压降小，并且可清洗再用等优点，用于液体或气体过滤。
不锈钢纤维烧结滤材特点金属纤维过滤元件采用不锈钢纤维烧结毡和不锈钢编织网复合制成。
不锈钢纤维烧结毡是一种采用不锈钢纤维经过高温烧结制成的多孔深度型过滤材料：波纹状滤芯具有孔隙率高、阻力低、过滤面积大、纳污能力强、能耐高温，耐腐蚀，可清洗再生使用等特点。
不锈钢编织网是由不锈钢丝编织而成，具有强度好、不易脱落、容易清洗、耐高温、使用经济等特点。
可供金属纤维过滤元件的过滤精度为0. 5-200 u m，其外形足寸可按用户要求加工。
不锈钢纤维烧结滤材主要性能参数注：1、纳污量试验符合IS04572标准，滤毡最终的压降为初始压降的8倍；2、平均透气试验符合IS04022标准，空气压力为200Pa;3、滤毡材质为316L。
不锈钢纤维烧结滤芯规格型号PFJM-I型不锈钢纤维烧结滤芯精细过滤器适用范围应用实例炼油行业——催化重整装置再生气过滤；——加氢精制装置，新氢、循环氢过滤，原料油、成品油过滤：——干气脱硫装置中，干气过滤，贫液、富液过滤；——油品调合中润滑油的过滤。
石油化工行业——乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、苯、二甲苯等原料过滤：——丙酮、乙醇、甘油等过滤。
化工行业——各类溶剂，己内酰胺，脂、醇及一般浓度的酸碱等原料的过滤。
制药行业——无菌空气制备及蒸汽等过滤：化纤行业中——各类高分子聚合物过滤。
PFJM-II型不锈钢网烧结滤芯精细过滤器所属分类：过滤设备点击次数：239发布日期：2015/08/20更多0在线询价详细介绍产品概述PFJM- II型不锈钢网烧结滤芯精细过滤器采用JM-II型五层不锈钢网烧结滤芯作为过滤元件，其滤件采用五层不锈钢丝网真空烧结而成，具有渗透性好、过滤能力大、强度高、抗腐蚀性强、压损小、易于清洗和反清洗、不易损坏、无材料脱离、工艺过程稳定可靠等特点。
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化学 镀 Ｎｉ－Ｐ 的 主 要 溶 液 成 分 为：ＮｉＳＯ４ （１５ ｇ／Ｌ）、次 亚 磷 酸 钠 （１４ｇ／Ｌ）、乙 酸 钠 （１３ｇ／Ｌ）。 溶液温度 控 制 在 ８０℃。 本 实 验 选 取 沉 积 时 间 分 别 为 ２０、４０、６０、８０ 和 １００ ｍｉｎ 的 丝 网 试 样 。 １．２ Ｎｉ－Ｐ 镀层表面形态表征及接触角检测手段
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎｔｉ－ａｄｈｅｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｎｉｍａｌ ｂｏｄｙ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ ｓｅｌｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｓｕｒｆａｃｅｓ，ｔｈｅ ｂｉｏｎｉｃ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｉｂｒｏｕｓ ｆｉｌｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｐｌａｔｉｎｇ ｎｉｃｋｅｌ－ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｓ－ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｍｅｔａｌ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ （ＸＲＤ）．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ （ＳＥＭ）ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ （ＴＥＭ）． Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅｓ （ＷＣＡ）ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｍｅｔｅｒ （ＯＣＡＭ ）．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｋｅ ｆｏｒｍｅｄ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｂｉｏｎｉｃ ｗｉｒｅ ｍｅｓｈ ｆｉｌｔｅｒ，ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ ｎｏｔ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｅｔ ｓｏｍｅ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂｉｏｎｉｃｓ；ｂｉｏｎｉｃ ｓｅｌｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇ；ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｉｂｒｏｕｓ ｆｉｌｔｅｒ；ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅｓ； ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ
１．１ 金属丝网表面 Ｎｉ－Ｐ 镀层的制备工艺 在 Ｎｉ－Ｐ 镀层制 备 之 前 首 先 进 行 丝 网 表 面 清
洗以获得理想的 表 面 催 化 活 性，它 主 要 包 括 碱 清 洗、酸清洗和 超 声 清 洗。 碱 清 洗 是 为 了 除 掉 丝 网 表 面 油 脂 ，使 用 如 下 含 有 表 面 活 性 剂 的 碱 性 溶 液 ：
０ 引 言
目前人们开发了多种技术来降低柴油机尾气
微粒的排放，其 中 柴 油 机 尾 气 微 粒 捕 集 器 （ＤＰＦ） 以其优异的性能和便于实施而受到人们越来越多 的关注 。 ［１］ 但是基于过滤方法的微粒捕集器 在 过
收 稿 日 期 ：２０１０－０７－１２． 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （５０６３５０３０）． 作 者 简 介 ：尚 涛 （１９６８－），男 ，副 教 授 ，博 士 ．研 究 方 向 ：仿 生 耦 合 机 理 与 应 用 技 术 研 究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｎｇｔａｏ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 通 信 作 者 ：任 露 泉 （１９４４－），男 ，教 授 ，中 国 科 学 院 院 士 ．研 究 方 向 ：仿 生 耦 合 机 理 与 应 用 技 术 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｑｒｅｎ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
· １７０ ·
吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ）
以荷叶为代表的很多生物体表面都具有超疏 水特性（与 水 的 表 面 接 触 角 大 于 １５０°）和 自 清 洁 能 力 ，受 此 启 发 ，具 有 优 良 润 湿 特 性 的 金 属 纤 维 材 料将有望通过降低材料表面和尾气微粒之间的粘 附力来实现过滤材料的自清洁。通过开发这种特 殊功能过滤材料有希望使得沉积在过滤材料表面 的滤饼在 重 力 或 振 动 的 辅 助 作 用 下 实 现 自 动 脱 离，最终实现 ＤＰＦ 的自动再生。
Ａ－金属丝网试样；Ｂ－Ｕ 形 管 测 压 机；Ｃ－热 球 风 速 仪；Ｄ－鼓 风 机；Ｅ－ 整 流 管 ；Ｆ－流 量 阀 ；Ｇ－光 学 微 粒 计 数 器
图 １ 金 属 丝 网 压 降 和 过 滤 效 率 测 量 设 备 示 意 图 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｗｉｒｅ ｍｅｓｈ ｆｉｌｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｎｄ
（１．吉林大学 机械科学与工程学院，长春 １３００２２；２．吉林大学 仿生工程教育部重点实验室，长春 １３００２２）
摘 要：基于土壤生物体表的脱附特性和以荷叶为代表的生物体表的自清洁特性 ，通过化学涂 镀的方法在金属纤维表面制备 Ｎｉ－Ｐ 合金镀层，对 仿 生 金 属 纤 维 自 清 洁 过 滤 材 料 进 行 了 研 究。 应用 Ｘ 射线衍射仪（ＸＲＤ）研究了镀层的晶体结构和晶粒尺寸，应用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和 透射电子显微 镜 （ＴＥＭ）观 察 了 镀 层 的 表 面 结 构 和 表 面 形 貌 特 征，应 用 光 学 接 触 角 测 量 仪 （ＯＣＡＭ）测量了金属丝网 表 面 的 水 接 触 角 （ＷＣＡ），并 对 纤 维 材 料 过 滤 效 率 和 压 降 进 行 了 讨 论。实验结果表明，经过表面处理后的仿生金属丝网 过 滤 材 料 表 面 润 湿 特 性 得 到 了 明 显 的 改 善 ，压 降 没 有 大 幅 度 的 增 加 ，过 滤 效 率 得 到 了 一 定 程 度 的 提 高 。 关 键 词 ：工 程 仿 生 学 ；仿 生 自 清 洁 ；金 属 纤 维 过 滤 材 料 ；润 湿 角 ；过 滤 效 率 ；过 滤 压 降 中 图 分 类 号 ：ＴＢ１７ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１－５４９７（２０１１）Ｓｕｐ．１－０１６８－０５
单层编织 金 属 丝 网 具 有 相 对 平 整 的 表 面 结 构，便于进行表面 涂 镀 处 理 和 观 察 表 面 形 貌 特 征 并且可以基本代表金属纤维材料的各项性能。本 文以单层金属丝 网 为 研 究 对 象，通 过 化 学 涂 镀 的 方法在其表 面 制 备 了 纳 米 尺 度 的 Ｎｉ－Ｐ 镀 层。 应 用接触角测量仪和扫描电子显微镜分别研究了不 同涂镀时 间 的 金 属 丝 网 的 润 湿 性 和 表 面 形 貌 特 征，并测量了不同 涂 镀 时 间 的 金 属 丝 网 的 过 滤 背 压和过滤效率，讨论了 Ｎｉ－Ｐ 镀层对金属丝网润湿 性 、过 滤 背 压 和 过 滤 效 率 的 影 响 。
增刊１
尚 涛 ，等 ：仿 生 自 清 洁 金 属 纤 维 过 滤 材 料
· １６９ ·
滤过程中随着微 粒 在 过 滤 材 料 表 面 的 集 聚，捕 集 器背压 升 高 从 而 影 响 发 动 机 性 能 。 ［２］ 因 此 ＤＰＦ 滤芯合理有效的再生方法是研究的重点和难点。 金属纤维材料具 有 很 好 的 韧 性 和 耐 热 性 能，并 且 可 以 方 便 地 加 工 成 复 杂 的 形 状，是 一 种 重 要 的 ＤＰＦ 滤芯材料［３－５］，主要 包 括 金 属 丝 网、金 属 纤 维 毡 、烧 结 金 属 纤 维 等 。
ＮａＯＨ，２０ ～ ４０ ｇ／Ｌ；ＮａＣＯ３，２０ ～ ３０ ｇ／Ｌ； Ｎａ３ＰＯ４·１２Ｈ２Ｏ，５～１０ｇ／Ｌ，ＯＰ－１０ 乳 化 剂，１～ ３ｇ／Ｌ。溶 液 温 度 控 制 在 ７０℃，清 洗 时 间 为 １０ ｍｉｎ。酸清洗 是 为 了 除 净 丝 网 表 面 氧 化 物，碱 清 洗 后 的 试 样 浸 入 ２０％ＨＣｌ溶 液 ２ ｍｉｎ。 酸 清 洗 后 丝网浸入丙酮溶液中 超 声 清 洗 １５ ｍｉｎ，后 浸 入 去 离 子 水 中 超 声 清 洗 ５ ｍｉｎ 待 用 。
第 ４１ 卷 增 刊 １ ２０１１ 年 ７ 月
吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．４１ Ｓｕｐ．１ Ｊｕｌｙ ２０１１
仿生自清洁金属纤维过滤材料
尚 涛１，２，李 涛１，刘 先 黎２，任 露 泉２
研究表明：生物表面的微－纳非光滑结构 是 其 优良的表面 润 湿 特 性 的 重 要 原 因 之 一 。 ［６－７］ 化 学 涂镀方法是一种在各种金属或非金属表面制备均 匀的金属薄层的简便可行的方法 。 ［８］ 化学镀 镍 磷 合金（Ｎｉ－Ｐ）工 艺 是 一 种 低 成 本、无 污 染 的 表 面 保 护 和 表 面 强 化 技 术 手 段 ，镀 层 表 面 具 有 高 硬 度 、高 耐蚀性［８－９］、高 耐 磨 性［１０］。 镍 磷 合 金 镀 层 的 厚 度 会随着沉积时间的增加而增加。尤其在最近的研 究中［１１－１２］，Ｎｉ－Ｐ 镀层可以有 效 的 防 止 换 热 器 表 面 沉积层的形 成，表 现 出 了 良 好 的 防 污 特 性。 这 一 重要的发现对降低过滤材料与滤饼之间粘附力的 研制具有重要的借鉴意义。